CN104219811B - 一种复合石墨电极及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合石墨电极及其制作方法，包括：在石墨电极的一端形成内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部；将所述石墨电极内孔与金属管路外壁之间的空隙填满糊料；焙烧所述石墨电极。本发明所提供的复合石墨电极，采用耐高温的石墨作为电极材料，避免了金属电极在高温下易被液化造成寿命短的问题，并且本发明所提供的复合石墨电极有效地结合了石墨耐高温以及金属管路水冷效果好的优势，延长了电极的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种复合石墨电极及其制作方法。
背景技术
直流矿热电炉，主要应用于锌、铜、铅、锡等有色金属及铁合金等的冶炼。在直流矿热电炉冶炼中，电极的寿命长短决定了金属冶炼的整体经济效益，因此，延长电极寿命的研究具有重大的意义。
在直流矿热电炉中，主要通过向安装于炉底中心位置的电极通入大的电流，来加热融化矿热炉内的有色金属及铁合金等。目前，大多数直流矿热电炉采用的是空气/水冷却触针式电极，如图1所示，多根金属棒状触针1焊接于空气/水冷却金属底座上，这些触针经冷却腔和炉衬通至熔池，对熔池内的金属等进行加热。
但是，现有的空气/水冷却触针式电极的寿命较短，需频繁更换电极与电极的耐火材料，但由于电极和耐火材料的维修难度大、周期长，因而使得维修的成本较高，影响了整体的经济效益。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种复合石墨电极及其制作方法，以解决现有技术中金属电极寿命短，电极与耐火材料更换频繁、维修难度大、周期长以及成本高等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种复合石墨电极的制作方法，包括：
在石墨电极的一端形成内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部；
将所述石墨电极内孔与金属管路外壁之间的空隙填满糊料；
焙烧所述石墨电极。
优选的，所述在石墨电极的一端形成的内孔为多个均匀分布的内孔，且每个内孔中都装有与其相匹配的金属管路。
优选的，所述金属管路为U型金属管路，是由管壁厚度整体相同的厚壁金属管路弯曲而成。
优选的，所述糊料为碳素糊料。
优选的，所述焙烧石墨电极的过程，包括：
将所述石墨电极放入焙烧炉内，进行第一次焙烧；
将第一次焙烧后的石墨电极浸入液体浸渍剂；
将浸渍后的石墨电极放入焙烧炉内，进行第二次焙烧。
优选的，所述石墨电极进行第一次焙烧的过程，包括：
将焙烧炉内的温度升至第一温度，第一温度的范围为220℃～240℃，包括端点值，升温速率的范围为30℃/小时～40℃/小时，包括端点值；
将焙烧炉内的温度升至第二温度，第二温度的范围为290℃～310℃，包括端点值，升温速率的范围为6℃/小时～8℃/小时，包括端点值；
将焙烧炉内的温度升至第三温度，第三温度的范围为940℃～960℃，包括端点值，升温速率的范围为7℃/小时～9℃/小时，包括端点值；
使焙烧炉内的温度保持在第三温度，保持第三温度的时间范围为4小时～6小时，包括端点值；
将所述石墨电极自然冷却后取出。
优选的，所述石墨电极进行第二次焙烧的过程，包括：
将焙烧炉内的温度升至第四温度，第四温度的范围为1000℃～1200℃，包括端点值，升温速率的范围为10℃/小时～15℃/小时，包括端点值；
使焙烧炉内的温度保持在第四温度，保持第四温度的时间范围为11小时～13小时，包括端点值；
将所述石墨电极自然冷却后取出。
一种采用上述方法制作的复合石墨电极，包括：
石墨电极；
位于所述石墨电极一端的内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
与所述内孔匹配且装入所述内孔中的金属管路，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部；
填充所述内孔与所述金属管路之间空隙的糊料。
优选的，所述石墨电极包括同轴的第一圆柱形电极和第二圆柱形电极，所述金属管路贯穿所述第二圆柱形电极，并深入到所述第一圆柱形电极内部，且所述第二圆柱形电极的底面半径小于所述第一圆柱形电极的底面半径。
优选的，所述第二圆柱形电极的圆形底面上具有多个均匀分布的内孔，其中，所述内孔贯穿所述第二圆柱形电极但不贯穿所述第一圆柱形电极，且所述每个内孔中都装有与其相匹配的U型金属管路。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的复合石墨电极及其制作方法，在石墨电极的一端形成深入但不贯穿所述石墨电极的内孔，将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，且装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部，从而可以向金属管路内通入冷水，通过流经金属管路的冷水来降低石墨电极的温度，使石墨电极可在高温状态下长期使用，延长了石墨电极的使用寿命。
本发明所提供的复合石墨电极，采用耐高温的石墨作为电极材料，避免了金属电极在高温下易被液化造成寿命短的问题，并且本发明所提供的复合石墨电极有效地结合了石墨耐高温以及金属管路水冷效果好的优势，进一步延长了电极的使用寿命，从而无需频繁更换电极与耐火材料，降低了电极的维修次数以及维修成本，提高了整体的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的空气/水冷却触针式电极结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的复合石墨电极制作方法的工艺流程图；
图3为本发明实施例二提供的复合石墨电极的横切面结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的复合石墨电极的俯视结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有的空气/水冷却触针式电极的寿命较短，发明人研究发现，造成这种问题的原因主要是，金属材料不耐高温，金属电极在高温下易被液化，因此，为了保证电极的导电性，在使用一定炉次后，就需要更换电极。由于空气/水冷却触针式电极的触针之间的耐火材料与炉底形成了一个整体，因此，在更换电极时，就需要将炉底耐火材料一起更换，从而使得维修难度大、周期长，使得维修的成本较高，影响了整体的经济效益。
基于此，本发明提供了一种复合式石墨电极及其制作方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括：
在石墨电极的一端形成内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部；
将所述石墨电极内孔与金属管路外壁之间的空隙填满糊料；
焙烧所述石墨电极。
本发明所提供的复合石墨电极及其制作方法，在石墨电极的一端形成深入但不贯穿所述石墨电极的内孔，将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，且装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部，从而可以向金属管路内通入冷水，通过流经金属管路的冷水来降低石墨电极的温度，使石墨电极可在高温状态下长期使用，延长了石墨电极的使用寿命。
本发明所提供的复合石墨电极，采用耐高温的石墨作为电极材料，避免了金属电极在高温下易被液化造成寿命短的问题，并且本发明所提供的复合石墨电极有效地结合了石墨耐高温以及金属管路水冷效果好的优势，进一步延长了电极的使用寿命，从而无需频繁更换电极与耐火材料，降低了电极的维修次数以及维修成本，提高了整体的经济效益。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
下面通过实施例详细描述。
实施例一
本实施例提供了一种复合石墨电极的制作方法，其工艺流程图如图2所示。
S201：在石墨电极的一端形成内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
本实施例中的石墨电极为高功率石墨电极，是采用优质的石油焦、针状焦等原材料，经过成型、焙烧、浸渍以及石墨化后，再经过机械加工制成的，其中，所述石墨电极的形状可以根据需要进行机械加工，本实施例中并未对石墨电极的形状进行限定。当然，本实施例也并未对石墨电极的制作方法进行限定，在其他实施例中，也可以采用其他方法制备高功率的石墨电极。
在所述石墨电极的一端形成内孔，优选的，所述内孔为多个均匀分布的内孔，其中，每个内孔都深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极，且每个内孔深入所述石墨电极的长度相同。
S202：将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部；
优选的，与所述内孔匹配的金属管路为U型金属（不锈钢）管路，是由管壁厚度整体相同的厚壁金属管路弯曲而成，所述厚壁金属管路的管壁厚度范围为5mm～10mm，包括端点值。为保证弯曲后的U型金属管路能够与所述内孔匹配，必须保证所述U型金属管路能够装入并深入所述内孔，即进入所述内孔的U型金属管路的长度略小于所述内孔的长度，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部，如图3所示，从而可以向U型金属管路中通入冷水，通过流经石墨电极内金属管路的冷水来降低石墨电极的温度，使石墨电极可在高温状态下长期使用，延长了石墨电极的使用寿命。
S203：将所述石墨电极内孔与金属管路外壁之间的空隙填满糊料；
将金属管路装入所述内孔后，石墨电极内孔的内壁和金属管路的外壁之间必然存在空隙，这不利于金属管路的固定，也不利于石墨电极的使用，因此，需采用糊料将所述空隙填满，本实施例中的所述糊料为碳素糊料。
S204：焙烧所述石墨电极。
将石墨电极内孔和金属管路外壁之间的空隙填满糊料后，就制成了生坯复合电极，然后将生坯复合电极放入焙烧炉内进行焙烧，制成成型的复合石墨电极，其中，焙烧的过程，包括：
S2041：将所述石墨电极放入焙烧炉内，进行第一次焙烧；
即将焙烧炉内的温度升至第一温度，第一温度的范围为220℃～240℃，包括端点值，此阶段升温速度不宜过快，升温速率的范围为30℃/小时～40℃/小时，包括端点值；将焙烧炉内的温度升至第二温度，第二温度的范围为290℃～310℃，包括端点值，此阶段升温速度也不宜过快，升温速率的范围为6℃/小时～8℃/小时，包括端点值；将焙烧炉内的温度升至第三温度，第三温度的范围为940℃～960℃，包括端点值，升温速率的范围为7℃/小时～9℃/小时，包括端点值；使焙烧炉内的温度保持在第三温度，保持第三温度的时间范围为4小时～6小时，包括端点值；将所述石墨电极自然冷却至100℃～960℃的温度范围后取出。
S2042：将第一次焙烧后的石墨电极浸入液体浸渍剂；
将第一次焙烧后的石墨电极浸入高压釜内的液体浸渍剂中，重复进行2～3次。在第一次焙烧的过程中，由于挥发成分的逸出，石墨电极内形成了大量的微小孔洞，使得第一次焙烧后的石墨电极不能满足高体积密度、高机械强度、高导电性能的需求，因此，需对一次焙烧后的石墨电极进行浸渍和二次焙烧处理，以减少石墨电极内的孔洞。在高压釜内，通过一定的温度、压力等工艺条件，将液体浸渍剂浸入一次焙烧后的石墨电极内，尽可能多地填满所述孔洞，重复进行2～3次，然后再对浸渍后的石墨电极进行热处理，即第二次焙烧。
S2043：将浸渍后的石墨电极放入焙烧炉内，进行第二次焙烧。
即将焙烧炉内的温度升至第四温度，第四温度的范围为1000℃～1200℃，包括端点值，升温速率的范围为10℃/小时～15℃/小时，包括端点值；使焙烧炉内的温度保持在第四温度，保持第四温度的时间范围为11小时～13小时，包括端点值；将所述石墨电极自然冷却后取出。
取出二次焙烧成型的复合石墨电极后，向复合石墨电极的金属管路内通入压缩空气，来除去金属管路内的尘土等，以保证管路的畅通，然后对所述复合石墨电极进行水压测试，以保证复合石墨电极能够正常使用。
本实施例所提供的复合石墨电极的制作方法，在石墨电极的一端形成深入但不贯穿所述石墨电极的内孔，将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，且装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部，从而可以向金属管路内通入冷水，通过流经金属管路的冷水来降低石墨电极的温度，使石墨电极可在高温状态下长期使用，延长了石墨电极的使用寿命。
实施例二
本实施例提供了一种复合石墨电极，其横切面结构示意图，如图3所示，所述复合石墨包括：
石墨电极301；
位于所述石墨电极一端的内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
与所述内孔匹配且装入所述内孔中的金属管路302，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部；
填充所述内孔与所述金属管路之间空隙的糊料。
本实施例中的石墨电极301为高功率石墨电极，且所述石墨电极301包括同轴的第一圆柱形电极和第二圆柱形电极，所述金属管路贯穿所述第二圆柱形电极，并深入到所述第一圆柱形电极内部，且所述第二圆柱形电极的底面半径小于所述第一圆柱形电极的底面半径。
本实施例提供的复合石墨电极的俯视结构示意图，如图4所示，所述第二圆柱石墨电极的圆形底面上具有多个均匀分布的内孔，其中，所述内孔贯穿所述第二圆柱形电极但不贯穿所述第一圆柱形电极，且所述每个内孔中都装有与其相匹配的U型金属管路。
本实施例所提供的复合石墨电极，采用耐高温的石墨作为电极材料，避免了金属电极在高温下易被液化造成寿命短的问题，并且本发明所提供的复合石墨电极有效地结合了石墨耐高温以及金属管路水冷效果好的优势，进一步延长了电极的使用寿命，从而无需频繁更换电极与耐火材料，降低了电极的维修次数以及维修成本，提高了整体的经济效益。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种复合石墨电极的制作方法，其特征在于，包括：
在石墨电极的一端形成内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
将与所述内孔匹配的金属管路装入所述内孔，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部，所述金属管路为U型金属管路，是由管壁厚度整体相同的厚壁金属管路弯曲而成；
将所述石墨电极内孔与金属管路外壁之间的空隙填满糊料，所述糊料为碳素糊料；
焙烧所述石墨电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在石墨电极的一端形成的所述内孔为多个均匀分布的内孔，且每个所述内孔中都装有与其相匹配的金属管路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧石墨电极的过程，包括：
将所述石墨电极放入焙烧炉内，进行第一次焙烧；
将第一次焙烧后的石墨电极浸入液体浸渍剂；
将浸渍后的石墨电极放入焙烧炉内，进行第二次焙烧。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述石墨电极进行第一次焙烧的过程，包括：
将焙烧炉内的温度升至第一温度，第一温度的范围为220℃～240℃，包括端点值，升温速率的范围为30℃/小时～40℃/小时，包括端点值；
将焙烧炉内的温度升至第二温度，第二温度的范围为290℃～310℃，包括端点值，升温速率的范围为6℃/小时～8℃/小时，包括端点值；
将焙烧炉内的温度升至第三温度，第三温度的范围为940℃～960℃，包括端点值，升温速率的范围为7℃/小时～9℃/小时，包括端点值；
使焙烧炉内的温度保持在第三温度，保持第三温度的时间范围为4小时～6小时，包括端点值；
将所述石墨电极自然冷却后取出。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述石墨电极进行第二次焙烧的过程，包括：
将焙烧炉内的温度升至第四温度，第四温度的范围为1000℃～1200℃，包括端点值，升温速率的范围为10℃/小时～15℃/小时，包括端点值；
使焙烧炉内的温度保持在第四温度，保持第四温度的时间范围为11小时～13小时，包括端点值；
将所述石墨电极自然冷却后取出。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的方法制作的复合石墨电极，其特征在于，包括：
石墨电极；
位于所述石墨电极一端的内孔，其中，所述内孔深入所述石墨电极的内部，但并不贯穿所述石墨电极；
与所述内孔匹配且装入所述内孔中的金属管路，其中，装入内孔后的所述金属管路的进口和出口均位于所述石墨电极的外部，所述金属管路为U型金属管路，是由管壁厚度整体相同的厚壁金属管路弯曲而成；
填充所述内孔与所述金属管路之间空隙的糊料，所述糊料为碳素糊料。
7.根据权利要求6所述的复合石墨电极，其特征在于，所述石墨电极包括同轴的第一圆柱形电极和第二圆柱形电极，所述金属管路贯穿所述第二圆柱形电极，并深入到所述第一圆柱形电极内部，且所述第二圆柱形电极的底面半径小于所述第一圆柱形电极的底面半径。
8.根据权利要求7所述的复合石墨电极，其特征在于，所述第二圆柱形电极的圆形底面上具有多个均匀分布的内孔，其中，所述内孔贯穿所述第二圆柱形电极但不贯穿所述第一圆柱形电极，且每个所述内孔中都装有与其相匹配的U型金属管路。
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